基于TD-SCDMA的混合網(wǎng)絡(luò)研究
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2 關(guān)鍵技術(shù)問題分析
把自組織方式引入TD-SCDMA系統(tǒng)，需要解決許多問題。例如，對新出現(xiàn)的一些關(guān)鍵技術(shù)問題加以研究，以探討新型混合系統(tǒng)模型的可行性；尋求性能和可行性之間的良好的平衡點(diǎn)等。通過分析，新系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)問題主要包括：
1)多種通信方式并存時(shí)信道資源的分配問題 無線信道的分配與管理是規(guī)劃無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中最基礎(chǔ)和核心的問題，其目標(biāo)是在保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的前提下，靈活、高效地分配可用的信道資源，提高資源利用率，改善網(wǎng)絡(luò)性能。尤其對于引入自組織方式的未來移動(dòng)通信系統(tǒng)，一次業(yè)務(wù)的發(fā)起和完成可能涉及到自組織通信方式、蜂窩通信方式甚至兩種通信方式的混合使用。目前，由網(wǎng)絡(luò)集中分配信道資源的蜂窩網(wǎng)中不會(huì)出現(xiàn)類似的情況，其分配機(jī)制也不可能考慮不同通信模式間的信道復(fù)用。同樣，在自組織網(wǎng)中信道的全分布式的分配機(jī)制也不能解決通信模式間轉(zhuǎn)換及多種模式同時(shí)通信時(shí)的信道分配。這樣，不同通信模式間的無線信道分配機(jī)制就成為區(qū)別于既有網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)全新問題，其優(yōu)劣直接決定了最終網(wǎng)絡(luò)吞吐量的大小和用戶的QoS保證。
2)通信方式選擇和代理選取、維護(hù)算法 在新型混合系統(tǒng)中，有3種通信方式：自組織方式(相當(dāng)于構(gòu)建一個(gè)自組織局域子網(wǎng)，簡稱局域子網(wǎng))、蜂窩方式(與經(jīng)典的蜂窩方式相同)、混合方式(經(jīng)過多跳中繼最終接入基站)。當(dāng)這幾種通信方式都能實(shí)現(xiàn)用戶的通信需求時(shí)，就必須選擇合適的一種通信方式。在新型混合系統(tǒng)中，通信方式的選擇算法就成為首先需要研究的一個(gè)全新問題。
代理是指在多跳傳輸中最終將其他用戶的服務(wù)請求直接送達(dá)基站設(shè)備的用戶，因而又稱其為Last Hop-Node。在混合通信方式中，如果用戶在小區(qū)內(nèi)要求高數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或者當(dāng)用戶處于覆蓋區(qū)外時(shí)，用戶的身份注冊信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)將經(jīng)過多跳傳輸給用戶選取的代理，由代理來代替用戶完成其與基站間的信息交互。合適的代理選取與維護(hù)算法對通信的性能影響較大，在未來的移動(dòng)通信系統(tǒng)中必須考慮代理的選取和維護(hù)問題。
上述兩個(gè)問題，是在以前的無線通信系統(tǒng)中沒有出現(xiàn)過，而在新型混合系統(tǒng)中又必須解決的問題。
3)智能天線和MIMO技術(shù)在新型混合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用 文獻(xiàn)在分析混合容量時(shí)指出：引入自組織方式，只有在使用MIMO和智能天線技術(shù)時(shí)，才能大幅度提高網(wǎng)絡(luò)容量。如果混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不與這些技術(shù)結(jié)合，則不一定能獲得容量的提高。與原有的蜂窩網(wǎng)相比，在混合網(wǎng)絡(luò)中引入智能天線和MIMO技術(shù)后就能改善容量并不是一個(gè)顯而易見的結(jié)論。
當(dāng)前，智能天線與Ad Hoc網(wǎng)結(jié)合的研究主要集中在MAC協(xié)議上，許多的研究都是在經(jīng)典的MAC協(xié)議基礎(chǔ)上(例如：IEEE 802．11的DCF，Sl-otted Aloha等)，利用智能天線提高信道的空間復(fù)用性，仿真試驗(yàn)表明系統(tǒng)的吞吐量有很大的提高。這種改進(jìn)的MAC協(xié)議的目標(biāo)是在盡量減少控制分組沖突的前提下，得到最大空間復(fù)用性。
近年來具有較高頻譜利用率的MIMO(Multiple Input and Multiple Output)技術(shù)備受關(guān)注，成為突破無線信道傳輸瓶頸的利器，已在蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)中得到廣泛認(rèn)可和深入研究。3GPP協(xié)議已經(jīng)將兩天線STBC應(yīng)用到WCDMA和CDMA2000中。
除了SOPRANO項(xiàng)目以外，在新型混合網(wǎng)絡(luò)模型中，使用多天線技術(shù)的研究還不多見。為了更客觀、更深刻地評估新型混合網(wǎng)絡(luò)的性能，應(yīng)當(dāng)對智能天線、MIMO技術(shù)在混合網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用開展研究。
3 現(xiàn)有的研究介紹
在自組織方式與移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)合方面，目前國內(nèi)外的一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展了一系列研究工作，其中主要包括：ODMA，A-GSM，SO-PRANO，iCAR，F(xiàn)uTURE等。
1)ODMA ODMA(Opportunity Driven Multiple Access)是在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)中引入自組織方式的一種嘗試，它是3GPP TR25．924提出的一種在UTRA TDD模式中支持移動(dòng)終端中繼的一種方式。ODMA目標(biāo)是將高速率業(yè)務(wù)的覆蓋區(qū)擴(kuò)展到小區(qū)邊界。
2)A-GSM A-GSM(A-Global System for Mobile Communications)是英國薩里大學(xué)通信系統(tǒng)研究中心的George Neonakis Aggelou等人提出的。研究目的是解決現(xiàn)有蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋中的死區(qū)問題。他們的研究結(jié)論是：通過移動(dòng)終端中繼可以較好的解決死區(qū)問題，移動(dòng)終端個(gè)數(shù)越多，A-GSM系統(tǒng)吞吐性能越好，改善越多。
3)SOPRANO SOPRANO (Self-Organizing Packet Radio Ad hoc Networks with Overlay)是喬治．梅森大學(xué)由美國自然科學(xué)基金資助在2002年開始的一個(gè)項(xiàng)目。試圖將蜂窩網(wǎng)和分組無線網(wǎng)(自組織網(wǎng))相結(jié)合，引入一種新的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)——分組多跳無線網(wǎng)，提供無線的Inte-rnet和多媒體服務(wù)。研究結(jié)論是：在CDMA蜂窩系統(tǒng)中增加無線路由器降低了功率總和，利用容量增強(qiáng)新技術(shù)(例如：MIMO，智能天線、多用
戶檢測)可以將這種功率降低轉(zhuǎn)化為容量上升，改善了系統(tǒng)的總體性能。
4)iCAR iCAR(Integrated Cellular and Ad Hoe Relaying Systems)是由紐約州立大學(xué)Hongyi Wu等人提出的一種新型無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其基本思想是通過設(shè)置一定數(shù)量的ad hoc中繼站(ARSs)，使用這些ARSs從一個(gè)業(yè)務(wù)擁塞的小區(qū)向一個(gè)業(yè)務(wù)沒有擁塞的鄰近小區(qū)轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)。這樣可以控制或避免呼叫擁塞、掉話等。其結(jié)論是：在蜂窩系統(tǒng)中引入ad hoc中繼站可以有效地降低呼叫阻塞概率，提高系統(tǒng)的吞吐。
5)Sphinx Sphinx是美國喬治亞技術(shù)學(xué)院開展的一個(gè)研究項(xiàng)目。主要研究面向下一代無線通信系統(tǒng)的新的網(wǎng)絡(luò)模型——混合網(wǎng)絡(luò)模型，即：在蜂窩網(wǎng)模型中引入對等(peer-to-peer)網(wǎng)絡(luò)模型(自組織網(wǎng))。其結(jié)論是：混合網(wǎng)絡(luò)模型在吞吐量和功耗方面優(yōu)于傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)模型，在資源公平分配和對移動(dòng)性與業(yè)務(wù)位置變化的適應(yīng)性方面優(yōu)于peer-to-peer網(wǎng)絡(luò)模型。
6)UCAN UCAN(Unified Cellular and Ad-Hoc Network)是由貝爾實(shí)驗(yàn)室和加利福尼亞大學(xué)共同研究提出的一種基于3G CDMA2000和局域網(wǎng)(自組織網(wǎng)絡(luò))的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)方案。得出的結(jié)論是：引入自組織方式后，單個(gè)用戶及系統(tǒng)的吞吐可以得到顯著提高。
7)FuTURE FUTURE(Future Technologies for Universal Radio Environment)在中國啟動(dòng)了名為：通用無線環(huán)境的未來技術(shù)——FuTURE計(jì)劃。FuTURE計(jì)劃的目標(biāo)是：建立一個(gè)通用無線實(shí)驗(yàn)環(huán)境，它能夠滿足未來應(yīng)用的需求，使中國無線通信的研究與開發(fā)水平能夠趕上世界發(fā)達(dá)國家。在該計(jì)劃中為研究蜂窩網(wǎng)絡(luò)和自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)合技術(shù)設(shè)立了“基于3G技術(shù)的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)研究”課題，該課題的目標(biāo)是：研究無中
心化的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，開拓TD-SCDMA或其他3G技術(shù)的全新應(yīng)用方向，支持移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)與3G蜂窩系統(tǒng)的無縫切換；研制有關(guān)關(guān)鍵技術(shù)示范系統(tǒng)，向有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化部門提出建議。
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